חיזוי חישובי של העדפות חומצות אמינו של תחומים קושרי פפטיד רב-ספציפיים המעורבים באינטראקציות חלבון-חלבון

Summary

אנו מתארים מתודולוגיה המבוססת על גיוון רצפים כדי להעריך את העדפות חומצות האמינו של אתרי קישור רב-ספציפיים באינטראקציות חלבון-חלבון (PPIs). באסטרטגיה זו, אלפי ליגנדים פפטידים פוטנציאליים נוצרים ומוקרנים בסיליקו, ובכך מתגברים על כמה מגבלות של שיטות ניסוי זמינות.

Abstract

אינטראקציות חלבון-חלבון רבות כוללות קשירה של מקטעי חלבון קצרים לתחומים קושרי פפטידים. בדרך כלל, אינטראקציות כאלה דורשות הכרה במוטיבים ליניאריים עם שימור משתנה. השילוב של אזורים שמורים מאוד ומשתנים יותר באותן ליגנדות תורם לעתים קרובות לרב-ספציפיות של הקשירה, תכונה משותפת של אנזימים וחלבוני איתות תאי. אפיון העדפות חומצות אמינו של תחומים קושרי פפטידים חשוב לתכנון מתווכים של אינטראקציות חלבון-חלבון (PPIs). שיטות חישוביות הן חלופה יעילה לטכניקות הניסוי היקרות והמסורבלות לעתים קרובות, ומאפשרות תכנון של מתווכים פוטנציאליים שניתן לאמת מאוחר יותר בניסויים במורד הזרם. במאמר זה תיארנו מתודולוגיה המשתמשת ביישום Pepspec של חבילת המידול המולקולרי של רוזטה כדי לחזות את העדפות חומצות האמינו של תחומים קושרי פפטידים. מתודולוגיה זו שימושית כאשר המבנה של חלבון הקולטן ואופי ליגנד הפפטיד ידועים או ניתנים להסקה. המתודולוגיה מתחילה עם עוגן מאופיין היטב מהליגנד, אשר מורחב על ידי הוספה אקראית של שאריות חומצות אמינו. זיקת הקשירה של פפטידים הנוצרים בדרך זו מוערכת לאחר מכן על ידי עגינה של פפטידים בעלי עמוד שדרה גמיש על מנת לבחור את הפפטידים עם ציוני הקשירה החזויים הטובים ביותר. פפטידים אלה משמשים לאחר מכן לחישוב העדפות חומצות אמינו ולחישוב אופציונלי של מטריצת מיקום-משקל (PWM) שניתן להשתמש בה במחקרים נוספים. כדי להמחיש את היישום של מתודולוגיה זו, השתמשנו באינטראקציה בין תת-יחידות של גורם רגולטורי אינטרפרון אנושי 5 (IRF5), שהיה ידוע בעבר כרב-ספציפי אך מונחה גלובלית על ידי מוטיב שימור קצר שנקרא pLxIS. ההעדפות המשוערות של חומצות אמינו עלו בקנה אחד עם ידע קודם על משטח הקישור IRF5. עמדות שנתפסו על ידי שאריות סרין זרחניות הציגו תדירות גבוהה של אספרטט וגלוטמט, ככל הנראה מכיוון ששרשראות הצד הטעונות שלילית שלהם דומות לפוספוסרין.

Introduction

אינטראקציה בין שני חלבונים כרוכה לעתים קרובות בקשירה של מקטעים קצרים של חומצות אמינו לתחומים קושרי פפטידים, הדומים לממשקים חלבון-פפטידים. חלבוני קולטן המעורבים באינטראקציות חלבון-חלבון כאלה (PPI) מסוגלים לעתים קרובות לזהות קבוצה מסוימת של רצפי ליגנדים חופפים אך מסתעפים, תכונה הידועה בשם רב-ספציפיות ^1,2. זיהוי רב-ספציפי הוא תכונה של חלבונים תאיים רבים, אך הוא יוצא דופן במיוחד באנזימים ובחלבוני איתות תאי³. חלבונים המקיימים אינטראקציה עם אתרי קשירה רב-ספציפיים מכילים לעתים קרובות שילוב של אזורים שמורים יותר ופחות ברצף שלהם ^4,5,....

Protocol

1. הכנה ראשונית של ממשק חלבון-פפטיד

1. הורדת המבנה של קומפלקס חלבון-חלבון
   1. נווטו אל דף הבית של בנק נתוני החלבונים (PDB) (https://www.rcsb.org/) והקלידו את מזהה PDB עבור המבנה של קומפלקס החלבון-חלבון בתיבת החיפוש הראשית (איור 2A). מזהה PDB עבור המבנה של דימר IRF5, המשמש כדוגמה בעבודה זו, הוא 3DSH¹⁹.
   2. בעמוד הראשי של המבנה הרצוי, לחצו על Download Files (איור 2B) ולאחר מכן על Biological Assembly 1 (PDB – gz) (איור 2C).
      הערה: במסד הנתונים PDB, מבנים של....

תוצאות

במאמר זה תיארנו פרוטוקול לחיזוי העדפות חומצות האמינו של משטח הקישור של IRF5, חבר במשפחה של גורמי שעתוק הידועים כגורמי ויסות אינטרפרון אנושיים. חלבונים אלה מווסתים תגובות חיסוניות מולדות ונרכשות ומשתתפים בהתמיינות ובהפעלה של מספר תאי חיסון. תת-יחידות IRF הן בעלות משטחי קיש?.......

Discussion

המאמר הנוכחי מתאר פרוטוקול להערכת העדפות חומצות האמינו של אתרי קישור רב-ספציפיים פוטנציאליים בהתבסס על גיוון רצף סיליקו. כלים חישוביים מעטים פותחו כדי להעריך את העדפות חומצות האמינו של ממשקי חלבון-פפטיד 14,25,26. לכלים אל?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
BUDE Alanine Scan Server	University of Edinburgh	https://pragmaticproteindesign.bio.ed.ac.uk/balas/	doi: 10.1021/acschembio.9b00560
Rosetta Modeling Software	Rosetta Commons	https://www.rosettacommons.org/software	doi: 10.1002/prot.22851
UCSF Chimera	University of California San Francisco	https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/	doi: 10.1002/jcc.20084